Flüssigkeitsreibungskupplung

Abstract

 Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer als Primärteil dienenden Kupplungsscheibe (2) und einem als Sekundärteil vorgesehenen Gehäu­se (3, 3a), das eine Arbeitskammer (4) für die Kupplungsscheibe und eine von der Arbeitskammer durch eine Trennwand (5) abgeteilte Vorrats­kammer (6) für die Kupplungsflüssigkeit bildet. In der Trennwand ist eine bimetallgesteuerte Zuflußöffnung (7) zur Arbeitskammer und im Bereich des äußeren Umfanges eine Rückflußöffnung (8) zur Vor­ratskammer vorgesehen. Radial außerhalb der Trennwand und der Kupplungsscheibe ist eine umlaufende Nut (9) im Gehäuse vorgesehen, die über eine axial verlaufende Bypassbohrung (10) mit der Vorrats­kammer in Verbindung steht. Kupplungen dieser Art eignen sich besonders für den Antrieb von Lüfterven­tilatoren an Kraftfahrzeugen. Die Bypassbohrung (10) kann als radial nach innen offene Rinne (14) (Fig. 5 bis 8) mit einem auf der von der Trennwand (5) abgewandten Seite der Kupplungsscheibe (2) liegenden Staukörper (15, 16) ausgebildet sein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Eine solche Flüssigkeitsreibungskupplung ist bekannt (DE-PS 14 50 113). Kupplungen dieser Art weisen den Nachteil auf, daß sie nur eine sogenannte schwarz/weiß-Regelung ermöglichen, d.h. daß sie beim Erreichen einer bestimmten Temperatur schlagartig ein­schalten und die Drehzahl abrupt erhöhen und umgekehrt, beim Erreichen der entsprechend niedrigeren Temperatur ebenso abrupt wieder abschalten und schlagartig auf die niedrigere Drehzahl zurückgehen. Dieses Regelverhalten ist unerwünscht. Es führt auch zu einer Geräuschentwicklung beim Schalten der Flüssig­keitsreibungskupplung, die insbesondere im Personenkraftwagen­bau unerwünscht ist.

[0003] Es ist bei Flüssigkeitsreibungskupplungen auch bekannt (DE-PS 30 41 829), im äußeren Umfangsbereich von als Primärscheiben dienenden Topfscheiben eine umlaufende Nut in der Nähe der Trennwand anzuordnen, in der sich das aufgrund der gewindearti­gen Rillen am Umfang der Topfscheibe ansammelnde Kupplungsöl staut. Dieses Kupplungsöl wird über einen Staukörper zur Vor­ratskammer zurückgefördert, der sich axial über den Bereich der Trennwand hinaus bis in den Bereich der vor der Arbeitskammer liegenden Vorratskammer erstreckt und der eine Rücklaufbohrung zur Vorratskammer besitzt. Bei Topfscheiben hat sich ein solcher Rücklauf als zweckmäßig erwiesen. Allerdings kann durch eine solche Ausgestaltung das vorher erwähnte schwarz/weiß-Regelverhalten nicht beseitigt werden.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Flüssig­keitsreibungskupplung der eingangs genannten Art für ein besse­res Regelverhalten zu sorgen.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer gattungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß durch zusätzliche Anordnung der Bypassbohrung im äußeren Umfangsbe­reich der Kupplungsscheibe und durch die nach wie vor beibehal­tene Anordnung einer - mit oder ohne Staukörper ausgerüsteten - ­Rücklaufbohrung in der Trennwand das gewünschte weiche Regel­verhalten erzielt werden kann. Eine erfindungsgemäß ausgerüste­te Flüssigkeitsreibungskupplung bewirkt eine stetige Zu- und Abschaltung von Flüssigkeitsreibungskupplungen der gattungsge­mäßen Art. Dies dürfte auf das durch die Bypassbohrung zusätz­lich mit umlaufende Kupplungsöl und auf die dadurch größere Ge­samtumlaufmenge zurückzuführen sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird beim temperaturbedingten Einschalten der Kupplung das Öl nicht schlagartig zu- oder abgeführt, sondern stets auch über den Bypass umgewälzt. Der Bypass verzögert da­her das Abpumpen und es wird erreicht, daß sich das Kupplungsöl mehr auf den Außenbereich der Kupplung verlegen kann, weil eine größere Rückflußmenge umgewälzt wird. Es hat sich außerdem ge­zeigt, daß die neue Kupplung nur noch eine kleine Schalthyste­rese aufweist. Sie kann daher bei bestimmten Temperaturen auch zuverlässiger Ein- und Abschalten.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­sprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 weisen dabei den Vorteil auf, daß die Bypassbohrung verhältnis­mäßig einfach hergestellt und, durch entsprechendes Abstimmen der Schlitzbreite der Spannhülse, in sehr einfacher Weise be­züglich der durch den Bypass fließenden Flüssigkeitsmenge an die übrigen Kupplungscharakteristiken angepaßt werden kann. Die Merkmale des Anspruches 5 weisen den Vorteil einer ebenfalls relativ einfachen Herstellung auf, wobei auch hier der Rück­ flußquerschnitt der Bypassrinne - oder mehrerer auf dem Umfang verteilter Rinnen - an die Kupplungscharakteristik anpaßbar ist.

[0007] Die Merkmale der Ansprüche 6 bis 8 bewirken, daß die Kupplungs­flüssigkeit in stärkerem Maß auch durch den Bypass zurückgeför­dert wird, so daß, wenn der Bypass von einer Seite der Kupp­lungsscheibe, die normale Flüssigkeitsrückführung von der ande­ren Seite der Kupplungsscheibe erfolgt, auch eine gleichmäßige Umströmung der Kupplungsscheibe erzielt werden kann. Dies führt zu einer zuverlässigen Arbeitsweise der Kupplung.

[0008] Die Kupplung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeich­nung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch den äußeren Umfangsbereich einer erfindungsgemäßen ausgestal­teten Flüssigkeitsreibungskupplung,

Fig. 2 die Ansicht des Gehäuses der Flüssigkeitsreibungs­kupplung der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II, jedoch ohne Gehäusedeckel, Trennwand und Kupplungs­scheibe,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer an­deren Ausführungsform,

Fig. 4 die Ansicht des Gehäuses der Fig. 3, ähnlich der Ansicht in Fig. 2, jedoch in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 6 die Ansicht auf das Gehäuse der Fig. 5 in Richtung des Pfeiles VI, wobei ebenfalls Gehäusedeckel und Kupplungsscheibe weggelassen sind,

Fig. 7 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 1 in einer zusätz­lichen Ausführungsform,

Fig. 8 wieder die Ansicht des Gehäuses der Fig. 7 in Richtung des Pfeiles VIII bei weggelassenem Gehäuse­deckel und entfernter Kupplungsscheibe,

Fig. 9 die Charakteristik einer Flüssigkeitsreibungskupp­lung nach dem Stand der Technik beim Ein- und Aus­schalten und

Fig. 10 die Charakteristik einer erfindungsgemäßen Kupplung ebenfalls beim Ein- und Ausschalten.

[0009] In den Fig. 1 und 2 ist ein Kupplungsgehäuse für eine Flüssig­keitsreibungskupplung gezeigt, das aus einem Unterteil (3) und einem Deckel (3a) besteht, die miteinander in nicht näher dar­gestellter Weise verschraubt sind. Zwischen Deckel (3a) und dem Gehäuseunterteil (3) wird eine Arbeitskammer (4) gebildet, in der eine Kupplungsscheibe (2) aufgenommen ist, die - in nicht näher dargestellter Weise - mit einer angetriebenen Welle fest verbunden ist. Die Kupplungsscheibe (2) wird eng von der Ar­beitskammer (4) umgeben, so daß in bekannter Weise eine Kupp­lungsflüssigkeit, beispielsweise Silikonöl, bei einer Relativ­drehung zwischen der Kupplungsscheibe (2) und dem Gehäuse (3) dazu verwendet werden kann, über die von der Kupplungsflüssig­keit ausgeübten Reibungswirkung das Gehäuse (3) mitzunehmen. Die Kupplungsflüssigkeit befindet sich in der Ausgangsstellung in einer Vorratskammer (6), die im Deckel (3a) gebildet ist. Von der Vorratskammer (6) führt eine Zuflußöffnung (7) in die Arbeitskammer (4). Die Zuflußöffnung (7) wird durch einen Ven­tilhebel (17) freigegeben oder verschlossen, dessen Stellung von einem Bimetallstreifen (18) über einen nicht dargestellten Stellstift bestimmt wird. Die Ausgestaltung ist dabei so ge­ troffen, daß der Ventilhebel (17) aus der dargestellten Stel­lung, wo er die Öffnung (7) verschließt, beim Erreichen einer bestimmten Temperatur die Öffnung (7) freigibt und wieder ver­schließt, wenn die niedrigere Temperatur erreicht ist. Es wird durch eine solche Kupplung erreicht, daß beispielsweise ein mit der Kupplung in Verbindung stehender Lüfter, der einem Kühler für einen Kraftfahrzeugmotor vorgeschaltet ist, bei zu hohen Luft- oder Kühlwassertemperaturen zugeschaltet wird, während er, beispielsweise während der Fahrt, wo genügend Kühlluft den Kühler durchströmt, abgeschaltet bleiben kann. Der Kupplungs­deckel (3a) ist schließlich noch mit etwa radial verlaufenden Rippen (24) versehen, die beim Betrieb eine gewisse Kühlung des Kupplungsgehäuses bewirken sollen.

[0010] Der Rückfluß des in die Arbeitskammer (4) eintretenden und auf­grund der Zentrifugalwirkung nach außen getriebenen Kupplungs­öles erfolgt über die Rückflußöffnung (8) in einer Trennwand (5) bzw. beim Ausführungsbeispiel in dem an die Trennwand (5) angrenzenden äußeren Teil des Deckels (3a). Von der Rücklauf­öffnung (8) gelangt das Kupplungsöl zu einem Rückführkanal (11), der in die Vorratskammer (6) mündet. Eine Rückströmung des Kupplungsöles während des Betriebes wird nur dann möglich, wenn ein gewisses Druckgefälle zwischen dem äußeren Bereich der Arbeitskammer (4) und der Vorratskammer (6) vorherrscht. Dies wird durch die Pumpwirkung der sich relativ zum Gehäuse (3) drehenden Kupplungsscheibe (2) und, beim Ausführungsbeispiel zusätzlich dadurch erreicht, daß im äußeren Bereich der Kupp­lungsscheibe (2) auf der zur Trennwand (5) hin liegenden Seite ein Staukörper (19) vorgesehen ist, der an sich bekannt ist und der dafür sorgt, daß das rotierende Kupplungsöl sich vor der Öffnung (8) anstaut und so zurückgefördert wird.

[0011] Bei der erfindungsgemäßen Kupplung ist zusätzlich im Bereich radial außerhalb der Kupplungsscheibe (2) eine umlaufende Nut (9) im Gehäuse (3) vorgesehen, die über eine axial verlaufende Bypassbohrung (10) mit der Vorratskammer (6) bzw. mit dem Rücklaufkanal (11) in Verbindung gebracht wird. Dies geschieht beim Ausführungsbeispiel dadurch, daß in das Gehäuseteil (3) eine Sackbohrung mit verhältnismäßig großem, jedenfalls größe­rem Durchmesser als es der Tiefe der Nut (9) entspricht, einge­bracht wird, in die eine Spannhülse (12) eingesetzt ist, deren axial verlaufender Schlitz (13) so gelegt wird, daß er sowohl zur Arbeitskammer (4) als auch zum Rücklaufkanal (11) hin offen ist. Der Rücklaufkanal (11) wird zu diesem Zweck im Deckelteil (3a) radial bis nach außen durchgeführt, was ohnehin aus her­stellungstechnischen Gründen vorteilhaft ist. Durch entspre­chende Anordnung der Lage des Schlitzes (13) und/oder durch Wahl der Art der Spannhülse, kann der Strömungsquerschnitt zwi­schen Arbeitskammer (4) und Rücklaufkanal (11) bestimmt werden. Dadurch kann der Rücklaufquerschnitt in der Bypassbohrung (10) auf die Kupplung, insbesondere auch auf das gewünschte Drehmo­ment der Kupplung, abgestimmt werden. Durch diese Bypassbohrung (10) wird somit eine zusätzliche Verbindung für den Rücklauf von der Arbeitskammer (4) zur Vorratskammer (6) geschaffen, die dafür sorgt, daß die Rücklaufmenge größer ist. Da die Bypass­bohrung (10) auch noch in den Bereich reicht, der in der Nähe der Seite der Kupplungsscheibe (2) liegt, die von der Trennwand (5) abgewandt ist, wird, zusammen mit der Abschrägung des äuße­ren Umfanges der Kupplungsscheite (2), in vorteilhafter Weise auch erreicht, daß das rückfließende Kupplungsöl nicht nur ei­ner Seite der Kupplungsscheibe (2) entnommen wird, sondern bei­den Seiten. Dadurch stellt sich eine sehr gleichmäßige Umströ­mung der rotierenden Kupplungsscheibe (2) im Betrieb ein. Die Wirkungsweise der Kupplung wird dadurch vergleichmäßigt.

[0012] Wie ohne weiteres deutlich wird, sammelt sich das Kupplungsöl im Betrieb nicht nur vor dem Staukörper (19), sondern auch in der radial außerhalb der Arbeitskammer (4) liegenden Nut (9). Von dort kann es aufgrund des hier entstehenden Überdruckes durch die Bypassbohrung (10) zur Vorratskammer zurückströmen.

[0013] Die Fig. 9 und 10 zeigen die Auswirkung dieser Ausgestaltung. Während Fig. 9 das Schaltverhalten einer Kupplung nach dem Stand der Technik, d.h. nach dem Oberbegriff des Patentanspru­ches 1 zeigt, zeigt Fig. 10 das Schaltverhalten einer erfin­dungsgemäßen Kupplung. Es wird deutlich, daß die Drehzahl (n) bei einer Kupplung nach dem Stand der Technik verhältnismäßig schlagartig bei einer bestimmten Temperatur erhöht und ebenso bei einer bestimmten weiteren Temperatur schlagartig wieder ab­gesenkt wird. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung dagegen ver­läuft der Schaltvorgang stetig. Die durch die Zuführöffnung (7) freigegebene Zuführmenge wird in größerem Maß wieder zurückge­führt, so daß erst bei größerer Öffnung der Zuführöffnung (7) die Drehzahlen immer mehr und mehr erhöht werden. Dadurch er­gibt sich ein stetiges Zuschalten, das für eine weiche Arbeits­weise der gesamten Kupplung sorgt. Unangenehme Schlaggeräusche beim Schalten der Kupplung treten nicht auf. Auch die Leistung des mit der Kupplung verbundenen Lüfters wird an den Luftbedarf stetiger angepaßt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Kupplung jede Zwischendrehzahl konstant hält. Das bedeutet, daß nur die Luftmenge gefördert wird, die zur Kühlung (auch im Teillastbereich) erforderlich ist. Dadurch ergeben sich geringe Wassertemperaturschwankungen.

[0014] Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform inso­fern, als hier die umlaufende Nut (9) über eine Bypassbohrung (10) mit dem Rücklaufkanal (11) in Verbindung steht, die als eine zur Arbeitskammer (4) und Vorratskammer (6) hin offene Rinne (14) mit einem halbrunden Querschnitt ausgebildet ist. Diese Rinne (14) fluchtet in ihrem radial äußersten Bereich mit ihrem Grund mit dem Boden der Nut (9). Sie läßt sich in relativ einfacher Weise axial am Umfang des Gehäuseteiles (3) durch Fräsen o.dgl. anbringen. Nach dem Einsetzen des Deckels (3a) wird sie im Bereich der Trennwand (5) und der Rückführöffnung (8) verschlossen, bleibt jedoch sowohl zur Nut (9) als auch zum Rücklaufkanal (11) hin offen. Der Querschnitt dieser Rinne (14) läßt sich ebenfalls in seiner Größe mit den übrigen Kupplungs­abmessungen abstimmen.

[0015] Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Variante, bei der der offenen Rin­ne (14) im Bereich der umlaufenden Nut (9) ein Staukörper (16) vorgeschaltet ist, der, ebenso wie der Staukörper (19) in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Kupplungsscheibe (2) im äu­ßersten Bereich ihrer Stirnseiten mit einem umlaufenden Absatz (20) versehen ist. Der Staukörper (16) besteht bei der darge­stellten Ausführungsform aus einem kleinen Winkelstück (16), das mit einer Senkschraube (21) am Gehäuseteil (3) befestigt ist. Das Winkelstück (16) besitzt zwei unter 90° zueinander verlaufende Schenkel (16a, 16b), von denen der Schenkel (16a) im Bereich der erwähnten Ausdrehung (20) der Kupplungsscheibe (2) verläuft und flach an der äußeren Seitenwand (4a) der Ar­beitskammer (4) des Gehäuseteiles (3) anliegt. Der Schenkel (16b) ragt in die Nut (9) herein. Die Nut (9) kann entweder ebenfalls bis zur Wand (4a) durchgezogen sein, oder wie im Aus­führungsbeispiel, nicht bis zu dieser Wand (4a) reichen. In diesem Fall muß das Winkelstück (16) mit seinem Schenkel (16a) in eine gesonderte Ausnehmung der Nut (9) eingesetzt werden. Der Schenkel (16b) ragt dann in die Nut (9) herein.

[0016] Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß auch von der Rückseite der Kupplungsscheibe (2), d.h. von der Seite, die der Wand (4a) zugewandt ist, das mitlaufende Kupplungsöl im äußeren Bereich aufgestaut und in die Bypassbohrung (10) zurückgeför­dert wird. Dadurch wird das von der Kupplungsscheibe (2) mitge­rissene Kupplungsöl auf beiden Seiten der Kupplungsscheibe (2) zur Vorratskammer zurückgefördert, so daß auf beiden Seiten ei­ne erwünschte ausreichende Umströmung der Kupplungsscheibe (2) und damit eine Benetzung der an den Reibungsspalten anliegenden Fläche erfolgt. Das Kupplungsöl wird sowohl vom Staukörper (19) in die Rücklaufbohrung (8) als auch vom Staukörper (16) in die Bypassbohrung (10) zurückgefördert. Die gesamte umlaufende Menge wird erhöht. Eine gleichmäßige Wirkungsweise ist dadurch gewährleistet.

[0017] Die Fig. 7 und 8 zeigen schließlich eine Ausführungsform, bei der ebenfalls auf beiden Seiten der Kupplungsscheibe (2) Kupplungsöl nach außen abgepumpt wird. In diesem Fall ist je­doch ein Staukörper (15) mit einer gegen die Drehrichtung (22) nach unten vorragenden Nase (23) vorgesehen, der an sich bei anderen Kupplungsbauarten bekannt ist. Die vorspringende Nase (23), die wieder in die Ausdrehung (20) der Kupplungsscheibe (2) hereingreift, sorgt für eine besonders gute Aufstau- und Abpumpwirkung für das Kupplungsöl. Die Nut kann in diesem Fall bis zur Rückwand (4a) der Arbeitskammer (4) durchgehend ausge­bildet werden. Sie kann aber auch, wie gezeigt, nicht bis zu dieser Wand durchgehen, so daß dann jedoch die Rinne (14) bis zu dieser Rückwand (4a) durchgehend ausgebildet sein muß.

[0018] Bei allen Ausführungsformen ergibt sich qualitativ gesehen der in der Fig. 10 dargestellte Verlauf der Drehzahlen in Abhängig­keit von der Temperatur, wobei der Verlauf der Hysterese durch Abstimmung des Querschnittes der Bypassbohrung (10) und/oder durch Wahl von Staukörpern verschiedene Ausbildung beeinflußbar ist, ohne daß an den übrigen Maßen der Kupplung etwas verändert wird. Die Erfindung erlaubt es daher auch in verhältnismäßig einfacher Weise, bereits bestehende Kupplungen umzurüsten, wenn dies gewünscht sein sollte.

Ansprüche

1. Flüssigkeitsreibungskupplung (1) mit einer als Primär­teil dienenden, fest mit einer angetriebenen Welle verbundenen Kupplungsscheibe (2) und einem als Sekundärteil dienenden Ge­häuse (3), das eine die Kupplungsscheibe eng umgebende Arbeits­kammer (4) und eine von dieser durch eine Trennwand (5) abge­teilte Vorratskammer (6) für die Kupplungsflüssigkeit aufweist, wobei in der Trennwand eine bimetallgesteuerte Zuflußöffnung (7) für die Kupplungsflüssigkeit zur Arbeitskammer und im Be­reich des äußeren Umfanges der Arbeitskammer eine Rückflußöff­nung (8) in die Vorratskammer vorgesehen sind, dadurch gekenn­zeichnet, daß am Umfang der Arbeitskammer (4) im Bereich radial außerhalb der Kupplungsscheibe (2) eine umlaufende Nut (9) im Gehäuse (3) vorgesehen ist, die über eine axial verlaufende Bypassbohrung (10) mit der Vorratskammer (6) in Verbindung steht.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbohrung (10) in den von der Rück­flußöffnung (8) zur Vorratskammer (6) verlaufenden Rückführka­nal (11) mündet.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbohrung (10) als eine Bohrung mit einem Durchmesser ausgebildet ist, der größer als die Tiefe der Nut (9) ist, und daß in diese Bohrung eine Spann­hülse (12) eingesetzt ist, deren axial verlaufende Schlitz (13) dem Rückführkanal (11) und der Arbeitskammer (4) zugewandt ist.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (13) und die Nut (9) auf das Drehmoment der Kupplung abgestimmt sind.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbohrung (10) als eine sich vom Boden der Nut (9) aus erstreckende, zur Arbeitskammer (4) und zum Rückführkanal (11) offene Rinne (14) im Gehäuse (2) ausgebildet ist.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypassbohrung (10) ein auf der von der Trennwand (5) abgewandten Seite der Kupplungs­scheibe (2) liegender Staukörper (15, 16) zugeordnet ist.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (15, 16) in die radiale Nut (9) hereinragt.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper ein Winkelstück (16) ist, dessen einer Schenkel (16a) parallel zu einer Seite der Kupplungsscheibe (2) verläuft und dessen zweiter Schenkel (16b) mindestens teilweise in die Nut (9) hereinragt.

Zeichnung